2019高中化学第四章第一节原电池教案新人教版必修4.docx

原电池1以铜锌原电池为例，了解原电池的工作原理。2会正确判断原电池的正极和负极，能正确书写电极反应式和电池反应方程式。3能设计简单的原电池。1原电池的定义原电池是一种将化学能转变为电能的装置。原电池反应的本质是自发进行的氧化还原反应。2原电池原理(1)对于氧化还原反应：ZnCu2=Zn2Cu，Zn原子与Cu2直接接触，Zn原子把电子直接给了Cu2，相当于短路，反应时有热量放出来，无电流产生。(2)如图所示，组成的原电池：Zn电极是负极，其电极反应为Zn2e=Zn2，该反应是氧化反应；Cu电极是正极，其电极反应为Cu22e=Cu，该反应是还原反应。(3)如图所示，组成的原电池：现象：有盐桥存在时电流计指针偏移，即有(填“有”或“无”)电流通过电路。取出盐桥，电流计指针回到零点，说明无(填“有”或“无”)电流通过。盐桥的作用：盐桥中的物质是含琼脂的KCl饱和溶液，盐桥中的Cl移向ZnSO4溶液，K移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性。3原电池设计在一个氧化还原反应中，还原性较强的物质做负极，负极向外电路提供电子；氧化性较强的物质做正极，正极从外电路得到电子。在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。 新知探究1如图所示的原电池，随着时间的延续，电流计如何变化？为什么？提示：电流计指针偏转的角度逐渐减小，直至无电流通过。锌与CuSO4溶液发生置换反应，溶液中的Cu2在锌片表面被直接还原，析出的铜在锌片表面构成原电池，逐渐使向外输出的电流强度减弱直至无电流再产生。2如何对上述原电池进行改进？使之能持续提供电流？提示：把锌铜原电池中的氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，通过盐桥连接，形成盐桥原电池。名师点拨1原电池形成的条件(1)两个活泼性不同的电极。(2)电解质溶液。(3)形成闭合回路(或两极直接接触)。(4)能自发地发生氧化还原反应。2原电池工作原理(以锌铜原电池为例)装置示意图现象锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，电流表指针发生偏转电极Zn电极Cu电极电极名称负极正极得失电子失电子得电子电子流向流出流入反应类型氧化反应还原反应电极反应式Zn2e=Zn2Cu22e=Cu总反应式ZnCu2=Zn2Cu3.盐桥(1)成分：含有KCl饱和溶液的琼脂。(2)离子移动方向：Cl移向ZnSO4溶液(负极区)，K移向CuSO4溶液(正极区)。(3)作用：使两个半电池形成通路，并保持两溶液的电中性。4原电池电极的判断方法5电极反应和电池反应的书写方法(1)书写原则遵守质量守恒和电荷守恒。正、负极的电极反应式通过加合消去电子即为电池反应式。弱电解质、气体或难溶物均以化学式表示，其余以离子符号表示。(2)书写方法根据给出的化学方程式或图示装置确定原电池的正、负极，弄清正、负极上发生反应的物质。a题目给定总反应式：分析有关元素的化合价变化情况，化合价升高的物质发生氧化反应即负极反应；化合价降低的物质发生还原反应即正极反应。b题目给定图示装置：先确定正、负极，再根据正、负极反应规律书写电极反应式。注意电解质溶液的成分及其对正、负极反应产物的影响，正、负极产物可根据题意或根据化学方程式确定。对点演练1关于如图所示的原电池，下列说法正确的是()A电子从锌电极通过电流表流向铜电极B盐桥中的阴离子向CuSO4溶液中迁移C锌电极发生还原反应，铜电极发生氧化反应D铜电极上发生的电极反应是2He=H2解析该原电池中，Zn为负极，Cu为正极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，电子由Zn电极流向Cu电极，故A项正确，C、D两项错误；因电子由Zn电极流向Cu电极，故铜电极反应是Cu22e=Cu，所以盐桥中的阳离子向CuSO4溶液中移动，阴离子向ZnSO4溶液中移动，B项错误。答案A新知探究应用1.加快化学反应速率构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。如实验室制H2时，粗锌比纯锌与稀H2SO4反应快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，反应加快。应用2.比较金属的活动性强弱对于酸性电解质，一般是作负极的金属为较活泼的金属，作正极的金属是相对较不活泼的金属。应用3.设计原电池(1)理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。(2)设计示例：设计思路实例以自发进行的氧化还原反应为基础2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应氧化反应(负极)：Cu2e=Cu2；还原反应(正极)：2Fe32e=2Fe2以两极反应为原理，确定电极材料及电解质溶液负极材料：Cu正极材料：石墨或铂电解质溶液：FeCl3(aq)画出示意图名师点拨设计原电池的三个注意事项(1)为获得持续、稳定、较强的电流，所选用的电解质溶液一般能与负极发生氧化还原反应，而且使用盐桥将两个半电池连通。(2)设计原电池有以下两个关键点。电解质溶液：一般能与负极反应或者溶解在溶液中的物质(如O2)与负极反应。电极材料：一般较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或非金属作正极。(3)设计原电池时，若氧化还原方程式中无明确的电解质溶液，可用水作电解质，但为了增强其导电性，通常加入强碱或一般的强酸，如燃料电池，水中一般要加入KOH或H2SO4。对点演练2依据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池，如图所示。请回答下列问题：(1)电极X的材料是_；电解质溶液Y是_。(2)银电极为电池的_极，发生的电极反应为_；X电极上发生的电极反应为_。(3)外电路中的电子是从_极流向_极。解析原电池中负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，盐桥起到形成闭合回路、平衡电荷的作用。由总反应方程式可知电极X的材料是铜，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐溶液，常用硝酸银溶液。电极反应式表示为负极：Cu2e=Cu2，正极：Age=Ag，电子由负极(Cu)出发，经外电路流向正极(Ag)。答案(1)铜(或Cu)AgNO3溶液(2)正Age=AgCu2e=Cu2(3)负(Cu)正(Ag)1下列装置中，电流表指针能发生偏转的是()解析：选CA项中锌电极和乙烧杯中的电解质溶液不能发生氧化还原反应，不能构成原电池，错误；B项中冰醋酸不导电，不能构成原电池，错误；D项中装置符合构成原电池的条件，但两极直接接触，相当于短路，因此电路中无电流，错误。2下列关于原电池的叙述中正确的是()A构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属B原电池是将化学能转化为电能的装置C在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原D原电池放电时，电流从负极流向正极解析：选B原电池的电极材料可以是金属，也可以是能导电的非金属等，A错误；原电池中电子从负极流出，负极发生氧化反应，C错误；原电池放电时电流从正极流向负极，D错误。3根据下列事实：XY2=X2YZ2H2O(冷)=Z(OH)2H2Z2的氧化性比X2的弱由Y、W电极组成的原电池，电极反应分别为W22e=W、Y2e=Y2，由此可判断X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是()AXZYWBZWXYCZYXW DZXYW解析：选D由题意知：中发生置换反应，说明还原性：XY；中Z与H2O(冷)反应，说明Z的还原性很强；中Z2的氧化性比X2的弱，说明还原性：ZX；中Y、W构成的原电池中，Y发生氧化反应，Y为负极，说明还原性：YW。故X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序为ZXYW。4下列反应不可用于设计原电池的是()ANaOHHCl=NaClH2OB2CH3OH3O22CO24H2OCZn2HCl=ZnCl2H2D4Al3O26H2O=4Al(OH)3解析：选A只有氧化还原反应才能设计成原电池。NaOH与HCl的反应为非氧化还原反应，故不能设计成原电池。5设计原电池Zn2Fe3=Zn22Fe2，在方框中画出能形成稳定电流的半电池形式的装置图(标出电极材料、电解质溶液)负极：_，电极反应： _；正极：_，电极反应：_。解析：分析元素化合价的变化可知，Zn为负极，比Zn活泼性差的金属或非金属石墨等作正极，选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液。答案：如图ZnZn2e=Zn2Pt2Fe32e=2Fe2一、选择题1对于原电池的电极名称，叙述错误的是()A发生氧化反应的一极为负极B正极为电子流入的一极C比较不活泼的金属为负极D电流流出的一极为正极解析：选C原电池中较活泼的金属作负极，流出电子，发生氧化反应，较不活泼金属或导电非金属作正极，流入电子，发生还原反应。2某同学根据离子方程式2Fe3Fe=3Fe2设计原电池。下列设计方案中可行的是()A电极材料为铁和锌，电解质溶液为FeCl3溶液B电极材料为铁和铜，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液C电极材料为铁和石墨，电解质溶液为FeCl2溶液D电极材料均为石墨，电解质溶液为FeCl3溶液解析：选B根据题给离子方程式和化合价变化可判断，Fe失去电子发生氧化反应，即负极材料为Fe，排除D项；Fe3在正极发生还原反应，即电解质溶液中含有Fe3，排除 C项；由于活动性：ZnFe，排除A项；活动性：FeCu，且Fe(NO3)3为电解质溶液，B项可行。3在如图所示的水果电池中，外电路上的电流从X电极流向Y电极。若X为铁，则Y可能是()A锌 B石墨C银 D铜解析：选A电流的方向与电子的移动方向相反，由已知条件知电子由Y电极流向X电极，因此Y电极的金属活动性强于铁，故Y电极只能为选项中的锌。4原电池的电极反应式不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法错误的是()A由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，负极反应式为Cu2e=Cu2B由Al、Cu、稀硫酸组成的原电池，负极反应式为Al3e=Al3C由Al、Mg、NaOH溶液组成的原电池，负极反应式为Al4OH3e=AlO2H2OD由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，负极反应式为Cu2e=Cu2解析：选A铁比铜活泼，铁作负极，负极反应式为Fe2e=Fe2，故A错误；铝比铜活泼，铝作负极，负极反应式为Al3e=Al3，故B正确；虽然镁比铝活泼，但镁不与氢氧化钠溶液反应，因此铝作负极，负极反应式为Al4OH3e=AlO2H2O，故C正确；Al与浓硝酸发生钝化反应，则铜作负极，负极反应式为Cu2e=Cu2，故D正确。5298 K时，在FeCl3溶液中加少量锌粒后，Fe3被还原成Fe2，据此某学习小组设计了如图所示的原电池装置。下列有关说法正确的是()A正极反应为Zn2e=Zn2B左边烧杯中溶液的红色变浅CPt电极上有气泡出现D该电池的总反应为3Zn2Fe3=3Zn22Fe解析：选B在负极Zn失去电子，发生氧化反应，故A错误；Fe3在正极得电子被还原为Fe2，溶液红色变浅，故B正确；铂电极上Fe3被还原为Fe2，没有气体生成，故C错误；该电池总反应为Zn2Fe3=2Fe2Zn2，没有铁单质生成，故D错误。6可以将反应ZnBr2=ZnBr2设计成原电池，下列4个电极反应：Br22e=2Br 2Br2e=Br2Zn2e=Zn2 Zn22e=Zn其中分别表示放电时负极和正极反应的是()A和 B和C和 D和解析：选C放电时负极为Zn，失电子被氧化，正极为Br2，得电子被还原。7如图是某校实验小组设计的一套原电池装置，下列有关描述不正确的是()A此装置能将化学能转变为电能B石墨电极的反应式：O22H2O4e=4OHC电子由Cu电极经导线流向石墨电极D电池的总反应式：2CuO24HCl=2CuCl22H2O解析：选B该装置是原电池装置，可以把化学能转化为电能，A正确；石墨电极通入的是氧气，氧气发生还原反应，电解质溶液为盐酸，所以电极反应式是O24e4H=2H2O，B错误；因为石墨电极发生还原反应，所以石墨作正极，则Cu作负极，电子由负极(Cu电极)经导线流向正极(石墨电极)，C正确；该电池的负极反应是Cu失去电子生成Cu2，所以电池的总反应式为2CuO24HCl=2CuCl22H2O，D正确。8双选如图，在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是()A外电路的电流方向为X外电路YB若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为FeCX极上发生的是氧化反应，Y极上发生的是还原反应D若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为XY解析：选CD由图示电子流向知X为负极，Y为正极，则电流方向为Y外电路X，A错误；若两电极分别为Fe和碳棒，则X为Fe，Y为碳棒，B错误；负极上失去电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，C正确；若两电极均为金属，活泼金属作负极，故有活动性顺序XY，D正确。9向等质量的两份锌粉a、b中分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加少量的CuSO4溶液，产生H2的体积 V(L)与时间t(min)的关系如图所示，正确的是()解析：选AZnH2SO4=ZnSO4H2，反应速率较快，若向a中加入少量的CuSO4溶液，则有：ZnCuSO4=CuZnSO4，消耗一部分Zn，生成的Cu附于Zn上，又构成无数微小的CuZn原电池，加快了Zn的反应速率，所以Zn与稀硫酸反应时，加入CuSO4则反应速率加快，应先反应完，但因Cu2消耗了一定量的Zn，生成H2的量要小于b。10.如图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是()选项MNPAZnCu稀硫酸BCuFe稀盐酸CAgZn硝酸银溶液DZnFe硝酸铁溶液解析：选C从题设条件，M棒变粗，N棒变细分析：M棒为原电池正极，N棒为原电池负极；N棒金属材料的活泼性要大于M棒材料的活泼性；电解质溶液中所含阳离子必须能在M棒上析出。只有C项符合，负极材料Zn溶解，N棒变细；Ag被还原，Ag单质在正极材料Ag表面析出，M棒变粗。11把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极。c、d相连时，电流由d到c。a、c相连时，c极上产生大量气泡。b、d相连时，b极上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为()Aabcd BacdbCcabd Dbdca解析：选B根据原电池原理，作为负极的金属的活动性比正极金属的活动性强。电子流动方向是由负极流向正极，电流方向与电子流动方向相反，溶液中的H在正极上得电子生成H2，因此可依次作出如下判断：活动性ab，cd，ac，db，综合得到结论：金属活动性顺序为acdb，所以B项正确。12如图所示，甲和乙均是双液原电池装置。判断下列说法不正确的是()A甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)Co2(aq)=Co(s)Cd2(aq)B反应2Ag(s)Cd2(aq)=Cd(s)2Ag(aq)能够发生C盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性D乙电池中有1 mol电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出解析：选B根据甲、乙装置分析可知A项正确，且可推知Cd的活泼性强于Ag，故Ag不能置换出Cd，B项错误。二、非选择题13为了避免锌片与Cu2直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如图所示装置，按要求完成以下填空：(1)此装置工作时，可以观察到的现象是_，电池总反应式为_。(2)以上电池中，锌和锌盐溶液组成_，铜和铜盐溶液组成_，中间通过盐桥连接起来。(3)电池工作时，硫酸锌溶液中SO向_移动，硫酸铜溶液中SO向_移动。(4)此盐桥内为饱和KCl溶液，盐桥是通过_移动来导电的。在工作时，K移向_。解析：该装置为锌铜原电池，总反应式为ZnCu2=CuZn2，电池工作时，观察到电流计指针发生偏转，锌片不断溶解，铜片上有红色物质析出，其中Zn与ZnSO4溶液组成锌半电池，Cu与CuSO4溶液组成铜半电池。电池工作时，ZnSO4溶液中SO向负极(锌电极)移动，CuSO4溶液中SO向盐桥移动，而盐桥中，K向正极区(CuSO4溶液)移动，Cl向负极区(ZnSO4溶液)移动，这样靠离子的移动形成闭合回路而导电。答案：(1)电流计指针发生偏转，锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出ZnCu2=Zn2Cu(2)锌半电池铜半电池(3)锌电极盐桥(4)离子正极区(CuSO4溶液)14A、B、C、D四种金属按下表中的装置图进行实验。装置现象二价金属A不断溶解C的质量增加A上有气泡产生根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应是_。(2)装置乙中正极的电极反应是_。(3)装置丙中溶液的pH_(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是_。解析：甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活泼性：AB；乙中C极质量增加，即析出Cu，则B为负极，活泼性：BC；丙中A上有气体即H2产生，则A为正极，活泼性：DA，随着H的消耗，溶液pH逐渐变大。答案：(1)A2e=A2(2)Cu22e=Cu (3)变大(4)DABC15依据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)，设计一个最简单的原电池。(1)在下边方框内画出实验装置图，并指出正极为_，电极反应式为_；负极为_，电极反应式为_。(2)该反应还可设计成能量转化效率更高的原电池装置，如图所示：请回答下列问题：电极X的材料是_，Y的材料是_，电解质溶液Z是_。盐桥的作用是_。外电路中的电子是从_电极流向_电极。解析：(1)根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路：首先将已知的反应拆成两个半反应(即氧化反应和还原反应)：Cu2e=Cu2，2Ag2e=2Ag；然后结合原电池的电极反应特点，分析可知，该电池的负极应该用Cu作材料，正极要保证Ag得到负极失去的电子，电解质溶液只能用含Ag的电解质溶液，如AgNO3溶液。而正极材料的活泼性比Cu弱。(2)在考虑带盐桥的原电池中的半电池的组成时，注意电极材料与溶液中的离子一般要相对应，如Cu2/Cu或Ag/Ag。答案：(1)实验装置图如图：Pt(合理即可)2Ag2e=2Ag CuCu2e=Cu2(2)CuAgAg